Головка блоку циліндрів двигуна внутрішнього згоряння

Термін "головка блоку циліндрів" виник не випадково. Як і в голові людини, найскладніші та найважливіші дії двигуна внутрішнього згоряння відбуваються в головці блоку циліндрів. Головка блоку циліндрів, таким чином, є частиною двигуна внутрішнього згоряння, розташованої у верхній (верхній) частині. Він переплетений з повітропроводами впускного та випускного трактів, містить частини клапанного механізму, форсунки та свічки запалювання або свічки розжарювання. Головка блоку циліндрів закриває зверху блок циліндрів. Головка може бути одна для всього двигуна окремо для кожного циліндра або окремо для окремого ряду циліндрів (V-подібний двигун). Кріпиться до блоку циліндрів гвинтами чи болтами.

Функції головки циліндрів

• Він формує простір згоряння – він утворює простір стискування чи його.
• Забезпечує заміну заряду циліндра (4-х тактний двигун).
• Забезпечує охолодження камери згоряння, свічок запалювання і клапанів.
• Закриває камеру згоряння Газонепроникність і водонепроникне.
• Забезпечує розміщення свічки запалювання або форсунки.
• Уловлює та спрямовує тиск згоряння – висока напруга.

Розподіл головок циліндрів

• Головки циліндрів для двотактних і чотиритактних двигунів.
• Головки циліндрів для двигунів з іскровим запалюванням та з запалюванням від стиснення.
• Головки з повітряним або водяним охолодженням.
• Головки окремо для одного циліндра, головка для рядного або V-образного двигуна.
• Головка блоку циліндрів і тип механізму газорозподілу.

Прокладка головки блоку циліндрів

Між головкою блоку циліндрів і блоком циліндрів є ущільнення, яке герметично закриває камеру згоряння і запобігає витікання (змішування) масла і охолоджуючої рідини. Ми ділимо пломби на так звані металевий і комбінований.

Металеві, тобто мідні або алюмінієві ущільнення, використовуються в невеликих швидкохідних двигунах з повітряним охолодженням (скутери, двотактні мотоцикли об'ємом до 250 куб. См). У двигунах з водяним охолодженням використовується ущільнення, яке складається з частини, утвореної органічними волокнами, насиченим графітом, з'єднаними на основі пластмас, нанесеними на металеву опору.

Кришку головки блоку циліндрів

Важливою частиною головки блоку циліндрів також є кришка, яка закриває клапанний механізм і запобігає витоку масла в навколишнє середовище двигуна.

Основні характеристики ГБЦ двотактного двигуна

Головка блоку циліндрів для двотактних двигунів зазвичай проста, охлаждаемая повітрям (має ребра на поверхні) або рідиною. Камера згоряння може бути симетричною, двоопуклої або круглої, часто з Антидетонаційна зазором. Різьба для свічки запалювання розташована по осі циліндра. Він може бути виготовлений з сірого чавуну (старі конструкції двигунів) або алюмінієвого сплаву (використовується в даний час). Приєднання головки двотактного двигуна до блоку циліндрів може бути нарізним, фланцеве, з'єднуватися стяжними гвинтами або навіть цільної головкою.

Основні характеристики ГБЦ чотиритактного двигуна

Конструкція головки для чотиритактних двигунів також має забезпечувати зміну робочого об'єму циліндрів двигуна. Він містить впускні та випускні канали, деталі механізму газорозподілу, керуючі клапанами, самі клапани разом з їх сідлами та напрямними, різьблення для фіксації свічки запалювання та форсунки, канали для протікання мастильного та охолоджуючого середовища. Він також є частиною камери згоряння. Тому вона непропорційно складніше за конструкцією та формою порівняно з головкою блоку циліндрів двотактного двигуна. Головка блоку циліндрів чотиритактного двигуна виготовляється або з сірого дрібнозернистого чавуну, або з легованого чавуну, або з кованої сталі - т. зв сталеве лиття або алюмінієві сплави для двигунів з рідинним охолодженням. У двигунах із повітряним охолодженням використовуються алюмінієві сплави або чавун. Чавун як матеріал для виготовлення головки майже не використовується і був замінений алюмінієвим сплавом. Вирішальним аспектом виробництва з легких металів є не так невелика вага, скільки відмінна теплопровідність. Оскільки процес згоряння відбувається в головці блоку циліндрів, що призводить до сильного нагрівання в цій частині двигуна, тепло необхідно якнайшвидше передати охолоджуючої рідини. І тоді алюмінієвий сплав – дуже підходящий матеріал.

Камера згоряння

Камера згоряння також є дуже важливою частиною головки блоку циліндрів. Він повинен бути правильної форми. До основних вимог до камери згоряння відносяться:

• Компактність, що обмежує тепловтрати.
• Дозволити використання максимальної кількості клапанів або достатнього діаметру клапана.
• Оптимальне відкриття наповнення балона.
• Помістіть свічку в місце з найбагатшою сумішшю в кінці стиснення.
• Запобігання детонаційного загоряння.
• Придушення гарячих точок.

Ці вимоги дуже важливі, оскільки камера згоряння впливає на освіту вуглеводнів, визначає хід згоряння, впливає на витрату палива, шум згоряння і крутний момент. Камера згоряння також визначає максимальний ступінь стиснення і впливає на тепловтрати.

Форми камери згоряння

a - Ванна, b - напівсферичний, c – клин, d - Асиметричний напівсферичний, e - Чаплі в поршні

Впуск і випуск

Як впускний, так і випускний канали закінчуються сідлом клапана або безпосередньо в голівці блоку циліндрів, або вставленим сідлом. Пряме сідло клапана формується безпосередньо в матеріалі головки або може бути так званим. рядне сідло, виготовлене з якісних легованих матеріалів. Контактні поверхні відшліфовані точно за розміром. Кут скосу опорної поверхні клапана найчастіше становить 45 °, оскільки при цьому значенні досягається хороша герметичність, коли клапан закритий, а опорна поверхня самоочищається. Усмоктувальні клапани іноді мають кут нахилу 30 ° для кращого потоку в зоні сідла.

напрямні клапана

Клапани переміщаються в напрямних клапана. Напрямні клапана можуть бути виготовлені з чавуну, сплаву алюмінію і бронзи або виконані безпосередньо в матеріалі головки блоку циліндрів.

Клапани в ГБЦ двигуна

Вони переміщаються в напрямних, а самі клапани спираються на сідла. Клапан як частина розподільного клапана поршневих двигунів внутрішнього згоряння піддається механічній і термічній навантаженні під час роботи. З механічної точки зору він найбільше навантажений тиском димових газів в камері згоряння, а також керуючої силою, спрямованої від кулачка (домкрата), силою інерції при зворотно-поступальному русі, а також механічним тертям. сам. Не менш важливим є теплове напруга, оскільки на клапан в основному впливає температура в камері згоряння, а також температура навколо протікають гарячих димових газів (випускних клапанів). Саме випускні клапани, особливо в двигунах з наддувом, піддаються екстремальним термічним навантаженням, і локально температура може досягати 900 ° C. Можливий відведення тепла до сідла при закритому клапані і до штоку клапана. Передача тепла від головки до штоку може бути збільшена шляхом заповнення порожнини всередині клапана відповідним матеріалом. Найчастіше використовується скраплений газоподібний натрій, який заповнює порожнину штока тільки наполовину, так що при русі клапана внутрішня частина інтенсивно промивається рідиною. Порожнина штока в менших (пасажирських) двигунах виконується просвердлюванням отвори; в разі більших двигунів частина головки клапана також може бути порожнистої. Шток клапана зазвичай хромований. Таким чином, теплове навантаження неоднакова для різних клапанів, вона також залежить від самого процесу згоряння і викликає термічні напруги в клапані.

Діаметр головки впускного клапана зазвичай більший, ніж у випускних клапанів. При непарному кількості клапанів (3, 5) на циліндр впускних клапанів більше, ніж випускних. Це з вимогою досягнення максимально можливої ​​– оптимальної питомої потужності і, отже, найкращого можливого заповнення циліндра горючою сумішшю палива і повітря.

Для виробництва всмоктуючих клапанів в основному використовуються стали з перлітною структурою, леговані кремнієм, нікелем, вольфрамом і ін. Іноді використовується титановий сплав. Випускні клапани, що піддаються термічній напрузі, виготовляються з високолегованих (хромонікелевих) сталей з аустенітної структурою. До посадкового місця сідла приварюється загартована інструментальна сталь або інший спеціальний матеріал. стелліт (ковкий сплав кобальту з хромом, вуглецем, вольфрамом або іншими елементами).

Двохклапанні ГБЦ

Триклапанна ГБЦ

Головка блоку циліндрів чотирьохклапанний

пятіклапанной ГБЦ